Projekti / Programi
DINAMIČNA ANALIZA PREMOSTITVENIH OBJEKTOV OB SOČASNEM VPLIVU VOZIL IN VETRA
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.04 |
Tehnika |
Mehanika |
Konstrukcijska mehanika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T230 |
Tehnološke vede |
Visoke gradnje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
naravne nesreče, mostovi, porušitev, ekstremni veter
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
27673 |
dr. Eva Zupan |
Mehanika |
Vodja |
2011 - 2013 |
56 |
Organizacije (1)
Povzetek
Načrtovanje sodobnih premostitvenih objektov tako za železniški kot cestni promet zahteva natančnejšo analizo in točnejše modele pomembnejših konstrukcij ob upoštevanju ekstremnih obtežb. V zadnjem času se kot zelo vplivna obtežba pojavlja obtežba z vetrom. To je izrazito dinamična obtežba, ki jo samo v določenih primerih lahko nadomestimo s statičnimi vplivi. Vsekakor pa mora ustrezen model vpliva vetra na vozila zajemati dinamično analizo. Problematika gibanja vozil po deformabilni konstrukciji pri sočasni obtežbi z vetrom predstavlja kompleksen in zahteven problem.
Kandidatka za podoktorski projekt, Eva Zupan, je v sklopu svojega doktorskega dela razvila numerični model in izdelala računalniški program za analizo povezanega vpliva gibanja delca z maso po deformabilni prostorski linijski konstrukciji. Model omogoča poljubno začetno, ukrivljeno in zvito geometrijo nosilca, upošteva geometrijsko in materialno nelinearnost ob hkratni dinamični obtežbi. Sočasno z enačbami konstrukcije rešuje enačbe gibanja delca z maso, ki predstavlja dinamično obtežbo na telo, spreminja porazdelitev mase po konstrukciji, hkrati pa se zaradi odzivanja konstrukcije prilagaja tir delca. Dosedanje numerične študije in primerjave z drugimi avtorji kažejo, da model natančno opiše preproste analitične rešitve, pri zahtevnejših primerih pa že kaže na močno podcenjevanje rezultatov (tudi 30% in več) pridobljenih s preveč poenostavljenimi modeli nosilcev. Predstavljeni postopek je tako odlična osnova za nadgradnjo, ki bo zajela še natančnejši opis gibajočega se telesa.
Načrtovani numerični postopek bo vključeval natančnejši tridimenzionalni model gibajočega se telesa ob upoštevanju deformabilnega kontakta med telesom in konstrukcijo ter upoštevanjem trkov in odlepitev. Tako bomo lahko v obravnavo zajeli tudi povezan vpliv vetra na gibajoče se telo. Numerična analiza bo tako zajemala reševanje obširnejšega sistema enačb poleg tega pa se bodo posamezni sklopi enačb po svoji naravi in obnašanju lahko bistveno razlikovali. Razlike v naravi enačb vodijo do različnih numeričnih težav. Računski model konstrukcije bomo razvili z namenom izognitve tem težavam. Tako bomo za vodilne enačbe nosilca uporabili šibko obliko ravnotežnih pogojev. Taka izbira omogoča preprostejšo povezavo enačb konstrukcije z enačbami gibanja telesa, kar nujno vodi v numerično učinkovitejši in stabilnejši postopek. Računski model konstrukcije bo temeljil na sodobnih različicah modelov s končnimi elementi. Gibanje premikajočega se telesa bodo opisovale dinamične enačbe togega telesa, za modeliranje stika pa bodo vpeljane dodatne nelinearne vzmeti.
Izpeljan računski model in rezultate računskih postopkov bomo primerjali z obstoječimi rezultati drugih avtorjev, predvsem pa zaradi pomanjkanja le teh s čim več dosegljivimi eksperimentalnimi rezultati in tako pokazali veljavnost in omejitve modela. Validirani računski postopek bo lahko dobro izhodišče za parametrične analize pri načrtovanju novih zahtevnejših premostitvenih objektov ob sočasnem vplivu prometne obtežbe in vetra. Izpeljane postopke, algoritme in izkušnje bomo lahko uporabili tudi na drugih sorodnih inženirskih problemih, kot je na primer analiza velikih žerjavov in nekaterih robotskih sistemov.
Posodobitev mreže železniških prog in gradnja nove hitre železnice je ena od prioritet Slovenije v prihodnjem desetletju. Za potrebe tega omrežja bo potrebno znova ovrednotiti obstoječe in primerno načrtovati nove premostitvene objekte z ustreznim upoštevanjem prehodov hitrih vlakov z veliko maso in površino. Pri tem je na nekaterih področjih Slovenije nujno upoštevati visoke hitrosti in turbulence vetra. Izpeljani numerični modeli bodo lahko osnova za strokovno načrtovanje takih inženirskih objektov nacionalnega pomena.
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj numeričnih metod za dinamično analizo deformabilnih konstrukcij pod vplivom gibajočega se telesa je nujno potreben in zato tudi v zadnjem času precej intenziven o čimer priča precejšnje število znanstvenih člankov s to problematiko, objavljenih v zadnjih letih. V okviru projekta smo razvili nove pristope v dinamiki konstrukcij in predlagali nove časovne integratorje. Izkušnje pri integraciji diferencialnih enačb in njihova prilagoditev za multiplikativne prostore so uporabne tudi na drugih znanstvenih področjih, kjer probleme opisujejo toge diferencialne enačbe, še posebej če so v modele vključeni tudi prostorski zasuki. Rezultati in izkušnje raziskovalnega projekta so tudi odlična osnova za nadaljnje delo v raziskovalni skupini in za sodelovanje s tujimi raziskovalci.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvoj numeričnih metod za dinamično analizo deformabilnih konstrukcij pod vplivom gibajočega se telesa in ekstremnih dinamičnih obtežb je izrednega pomena za sodobno ovrednotenje obstoječih in načrtovanje novih inženirskih objektov. Z razvitim numeričnim modelom bolje razumemo obnašanje prostorskih, začetno ukrivljenih in zvitih linijskih konstrukcij po vplivom gibanja vozil in obtežbe z vetrom. Pripravljena programska orodja so primerna za natančnejšo analizo premostitvenih objektov tako za železniški kot cestni promet pod vplivi gibajočih se vozil in vetra, izdelane parametrične študije pa opozarjajo na prednosti natančnejših modelov ter učinkovitost in stabilnost predlaganih računskih metod. Del izsledkov raziskovalnega dela že uporabljamo pri analizi obstoječih starejših mostov, za katere je zaradi strožjih sodobnih zahtev in večjih prometnih obtežb potrebna ponovna evalvacija.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
